一种木质素共混催化热解制备碳纳米洋葱的方法与流程

本发明为木质素共混催化热解制备碳纳米洋葱的方法，涉及固体废弃物转化为高性能碳材料领域。

背景技术：

木质素是生物质的三大组分之一，在植物中的含量仅次于纤维素，是一类重要的含碳类可再生资源,全球年产量超过3000亿吨，并以每年7%的速度递增；同时木质素也是造纸黑液、水解残渣等工业固体废弃物的主要成分，年产量逾1亿吨。如何实现木质素的高值化利用，对固体废弃物的资源化及环境保护具有重要意义。目前，木质素资源化利用方式主要集中在传统粗放的利用方式和新兴高值化利用方式。其中，木质素向高性能碳材料转化是木质素高值化利用的方式之一。

碳纳米洋葱（carbonnanoonions，简称cnos），作为碳纳米材料家族的新兴成员，在1992年被首次发现报道。目前，cnos的传统合成方法主要有电弧放电、等离子体、催化化学气相沉积、纳米金刚石高温退火等方法。但这些方法普遍需要具备繁琐的合成步骤、昂贵的设备、苛刻的合成条件等才能达到比较理想的合成结果。因此，基于可再生含碳原料的低成本、易操作的cnos的合成方法逐渐受到研究者们的重视。

木质素作为自然界可再生的含碳固体废弃物，产量巨大。采用木质素作为碳源，通过共混剂与催化剂的介入，利用共混催化热解方法制备高性能的碳纳米洋葱材料，不仅可以实现固体废弃物的高值化资源利用，还可以降低碳纳米洋葱的制备成本，达到节能、环保、经济等多重效果。

技术实现要素：

技术问题：本发明旨在解决固体废弃物高值化利用及碳纳米洋葱低成本合成的问题，提出一种木质素共混催化热解制备碳纳米洋葱的方法，实现木质素向高性能碳纳米材料的高值化转化。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种木质素共混催化热解制备碳纳米洋葱的方法，实现木质素向高性能碳纳米材料的高值化转化。

一种木质素共混催化热解制备碳纳米洋葱的方法，其特征在于采用木质素作为碳源、废塑料作为共混剂、过渡金属作为催化剂，通过直接混合或者浸渍法将过渡金属引入到木质素中，随后将含有过渡金属的木质素与废塑料共混催化热解得到碳纳米洋葱，其中获得碳纳米洋葱的共混催化热解温度为700~900℃；过渡金属的用量为0.5-1mmol/g；木质素与共混剂的共混比例为1：3~3：1。

所述的方法，其特征在于按如下步骤实现：

（1）热解样品的预处理：将过渡金属催化剂通过直接混合法或浸渍法引入到木质素中，然后将所得的含有过渡金属的木质素与共混剂进行充分混合，得到预处理完毕的热解样品；

（2）共混催化热解：取适量预处理完毕的热解样品放置于固定床反应器的相应位置，在开始升温前，连续通入n2，排尽空气，然后继续以n2为保护气，并以10℃/min的升温速率升温至目标温度，恒温2h后，自然冷却至室温，收集热解后的样品，得到相应的碳纳米材料。

所述的方法，其特征在于所述的木质素是从造纸黑液中提取的黑液木质素，也可以是通过其他方法从其他来源提取的木质素。

所述的方法，其特征在于所述的过渡金属为ni、co、fe、或mn，所述的过渡金属催化剂为单金属催化剂或双金属催化剂。

所述的方法，其特征在于所述的过渡金属催化剂的前驱体为含ni、co、fe、mn的氯化物或硝酸盐。

所述的方法，其特征在于所述的共混剂是废塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等；木质素与共混剂的混合方法可以是球磨、研磨。

所述的方法，其特征在于能够获得碳纳米洋葱的理想条件是：木质素与共混剂的共混比例为1：3~3：1，共混催化热解温度为700~900℃，过渡金属的用量为0.5-1mmol/g。

所述的方法，其特征在于所述的反应系统的压力为常压。

本发明主要是对木质素热解后的固相产物进行调理，获得碳纳米洋葱结构。

本发明考察不同催化热解温度对形成碳纳米洋葱的影响，低于700℃时（如600℃）形成无规则颗粒；高于900℃（如1000℃）碳纳米洋葱的结构遭到破坏，可能会转而形成其他石墨层组成的结构；在700-900℃形成碳纳米洋葱结构。过渡金属的用量为0.5-1mmol/g形成碳纳米洋葱结构。单独木质素、ni催化剂和木质素、共混剂和木质素、及共混剂、ni催化剂和木质素在800℃下热解所得碳材料，即lg-800℃、lg-ni(1)-800℃、lg/pe-800℃和lg/pe-ni(1)-800℃，结果显示只有lg/pe-ni(1)-800℃才能形成纳米洋葱结构，三者缺一不可。

有益效果：

1、本发明首次发现通过木质素共混催化热解制备碳纳米洋葱，该方法简单，温度适合，方法新颖，具有良好应用前景。

、根据上述木质素共混催化热解制备碳纳米洋葱的方法，可以实现固体废弃物（木质素、废塑料）的高值化利用以及碳纳米洋葱的低成本、易操作的合成。与现有技术相比，制备碳纳米洋葱的碳源是可再生的木质素，制备碳纳米洋葱的方法是低成本、易操作的热解方法；同时以高性能的碳纳米洋葱作为目标合成物，可以实现木质素的高值化的资源利用。因此，该方法可以降低碳纳米洋葱的制备成本，实现固体废弃物的高值化利用，具有促进节能、环保、新材料发展的重大意义。

附图说明：

图1为本发明的样品预处理流程图；

图2为本发明的热解装置图；

图3为不同催化热解温度对木质素/聚乙烯混合物催化热解所得碳材料的tem图像；其中，a-c)为催化热解温度为600℃时，0.5μm、100nm、20nm的tem图像；d-f)为催化热解温度为700℃时，200nm、100nm、20nm的tem图像；g-i)为催化热解温度为800℃时，100nm、50nm、20nm的tem图像；j-l)为催化热解温度为900℃时，200nm、50nm、20nm的tem图像；m-o)为催化热解温度为1000℃时，200nm、100nm、20nm的tem图像；

图4为不同催化热解温度对木质素/聚乙烯混合物催化热解所得碳材料的sem图像；a)600℃；b)700℃；c)800℃；d)900℃；e)1000℃；

图5为不同ni含量对木质素/聚乙烯混合物催化热解所得碳材料的tem图像；其中，a-c)为ni含量为0.25mmol/g时，200nm、50nm、20nm的tem图像；d-f)为ni含量为0.5mmol/g时，200nm、50nm、20nm的tem图像；g-i)ni含量为0.75mmol/g时，0.5μm、50nm、20nm的tem图像；j-l)ni含量为1mmol/g时，100nm、50nm、20nm的tem图像；m-n）2mmol/g时，200nm、20nm的tem图像；

图6为不同ni含量对木质素/聚乙烯混合物催化热解所得碳材料的sem图像；a)0.25mmol/g；b)0.5mmol/g；c)0.75mmol/g；d)1mmol/g；

图7为不同处理方法所得木质素(lg)基碳材料的tem图像；其中，a-b)为单独木质素（lg-800℃）时，100nm、50nm的tem图像；c-d)为木质素中添加ni催化剂（lg-ni(1)-800℃）时，100nm、50nm的tem图像；e-f)为木质素中添加pe共混剂（lg/pe-800℃）时，100nm，20nm的tem图像；g-h)为木质素中同时添加ni和pe（lg/pe-ni(1)-800℃）时，100nm，50nm的tem图像；

图8为不同处理方法所得木质素（lg）基碳材料的sem图像，a)单独木质素（lg-800℃）；b)木质素中添加ni催化剂（lg-ni(1)-800℃）；c)木质素中添加pe共混剂（lg/pe-800℃）；d)木质素中同时添加ni和pe（lg/pe-ni(1)-800℃）；

图9为不同共混比例对木质素/聚乙烯混合物催化热解所得碳材料的tem图像；其中a-b）为lg：pe=1：3时，100nm、20nm的tem图像；c-d）为lg：pe=1：1时，100nm、50nm的tem图像；e-f）为lg：pe=3：1时，100nm、20nm的tem图像。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述,需要说明的是,实施例并不构成对本发明要求保护范围的限定。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步骤或者条件所做的修改和替换,均属于本发明的范围。

实施例1：

以黑液木质素(lg)作为碳源，废塑料聚乙烯(pe)作为共混剂，过渡金属ni作为催化剂，进行共混催化热解制备碳纳米洋葱实验。其中，过渡金属催化剂的引入方式为浸渍法，其含量为1mmol/g（过渡金属与混合物的比例），木质素与共混剂的掺混方式为普通研磨，掺混比例为1：1，催化热解温度为600~1000℃，考察不同催化热解温度对碳纳米洋葱生成的影响。具体步骤如下：

（1）热解样品的预处理（流程图见图1）：

①称取2.9081g的nicl26h2o溶解于烧杯中，随后转移至100ml的容量瓶中定容得到0.1mol/l的过渡金属溶液；

②将1g的黑液木质素(lg)浸渍于20ml的含过渡金属ni浓度的溶液中，然后置于磁力水浴锅中在60℃下持续搅拌3h，随后对搅拌后的样品转移至烘箱中在105℃下烘干（12h）；

③将烘干后的样品与1g聚乙烯(pe)按着1：1的掺混比例进行研磨混合20min，得到预处理完毕的样品（过渡金属含量为1mmol/g）；

（2）共混催化热解实验：

①称取1g预处理完的样品放置于图2所示的固定床反应器的石英吊篮中，在开始升温前，连续通入n2（20min），排尽空气。

②以n2为保护气，保持n2流量为0.1m³/h，以10℃/min的升温速率升温至目标温度（600~1000℃），恒温2h后，自然冷却至室温，收集热解后的样品；

（3）碳纳米洋葱的理化特性分析：

将所收集到的样品进行sem、tem、raman、xrd、tga等分析，发现只有当催化热解温度为700~900℃时，所得碳产物含有大量的碳纳米洋葱颗粒。

能够直观体现催化热解温度对碳纳米洋葱生成影响的tem和sem图像见图3和图4。

图3为不同催化热解温度下制备的lg/pe-ni基碳材料的tem图像（ni浓度为1mmol/g，催化热解温度为600-1000℃）。如图3a-c所示，当催化热解温度为600℃时，所得碳材料为直径较大的无规则颗粒（直径约为0.5μm）。通过对其边缘进行观察发现，其边缘存在同心卷曲的石墨层结构，层数约为15-30层，即推测该结构可能是正在生长发育的准碳纳米洋葱结构。这一结果表明，600℃对于碳纳米洋葱的生长可能相对较低，一方面可能因为当前的催化热解温度下，ni催化剂的活性较低；另一方面可能在于当前的催化热解温度不能提供足够的能量供碳纳米洋葱前驱物的分解和碳纳米洋葱的生长。当催化热解温度升高到700℃时（见图3d-f），在碳产物中能够明显的观察到直径约为30-50nm的纳米颗粒，同时也还存在形状不规则，形貌介于纳米颗粒团簇和块状无定型碳之间的结构。较高倍数下的观察证实，该纳米颗粒即为典型的碳纳米洋葱结构，其碳层的层数约为20-40层；而对于形貌介于纳米颗粒团簇和块状无定型碳之间的结构则可认为是碳纳米洋葱的前驱体。当催化热解温度增加至800℃，能够得到以碳纳米洋葱为主体的纳米颗粒团簇，颗粒直径约为30-50nm。当催化热解温度增加至900℃，碳产物主要为直径为25-55nm的碳纳米洋葱颗粒，对应的碳层层数为30-40层。当催化热解温度继续增加至1000℃时，所得碳材料也主要呈直径约为20-40nm的纳米颗粒状，但碳层同心卷曲形成碳纳米洋葱的结构逐渐消失，转而是相邻颗粒之间的碳层相互连接，由此可知在当前催化热解温度下，碳纳米洋葱的结构遭到破坏，可能会转而形成其他石墨层组成的结构。

图4为不同催化热解温度下制备的lg/pe-ni基碳材料的sem图像（ni浓度为1mmol/g，催化热解温度为600-1000℃）。对于催化热解温度为600℃时所得到的碳材料（图4a），其表面主要呈现一些形状不规则的细碎颗粒。而宏观来看，其仍保留与lg碳材料相似的块状结构（见图4a中的插图）。当催化热解温度为700℃时（图4b），所得碳材料主要由大量近球形的颗粒组成，其中颗粒较小的部分直径为60-120nm，而颗粒较大的部分直径为0.2-1.5μm，结合图3d-f的分析可知，前者为碳纳米洋葱颗粒，后者为碳纳米洋葱的前驱体。800℃下碳纳米洋葱大量生长，结构更趋球形（图4c）。对于900℃而言，能够在其表面观察到大量直径约为60-100nm的纳米颗粒（见图4d），即为碳纳米洋葱。值得一提的是，在图4d右下角的位置能够看到少量结构发生扭曲的碳纳米洋葱颗粒，这表明当前的催化热解温度（900℃）对碳纳米洋葱结构存在破坏。当催化热解温度升高到1000℃时所得碳材料显示，球形或准球形的纳米颗粒急剧减少，而出现了许多类似于催化热解温度为900℃所得碳材料中扭曲碳纳米洋葱被打开的结构，这表明当前的催化热解温度导致碳纳米洋葱结构大量的破坏，这与图3m-o中所得的结果一致。

实施例2：

以黑液木质素（lg）作为碳源，废塑料聚乙烯(pe)作为共混剂，过渡金属ni作为催化剂，进行共混催化热解制备碳纳米洋葱实验。其中，过渡金属催化剂的引入方式为浸渍法，其含量为0.25~2mmol/g（过渡金属与混合物的比例），木质素与共混剂的掺混方式为普通研磨，掺混比例为1：1，催化热解温度为800℃，考察不同ni含量对碳纳米洋葱生成的影响。具体步骤如下：

（1）热解样品的预处理（流程图见图1）：

①称取2.9081g的nicl26h2o溶解于烧杯中，随后转移至100ml的容量瓶中定容得到0.1mol/l的过渡金属溶液；

②取一定体积的浓度为0.1mol/l的含过渡金属ni的溶液，并往其中添加一定体积的蒸馏水，保证溶液总体积为20ml，然后将1g的黑液木质素(lg)浸渍于定容后的溶液中，置于磁力水浴锅中在60℃下持续搅拌3h，随后对搅拌后的样品转移至烘箱中在105℃下烘干（12h）；

③将烘干后的样品与1g聚乙烯(pe)按着1：1的掺混比例进行研磨混合20min，得到预处理完毕的样品（过渡金属含量为0.25~2mmol/g）；

（2）共混催化热解实验：

①称取1g预处理完的样品放置于图2所示的固定床反应器的石英吊篮中，在开始升温前，连续通入n2（20min），排尽空气。

②以n2为保护气，保持n2流量为0.1m³/h，以10℃/min的升温速率升温至目标温度800℃，恒温2h后，自然冷却至室温，收集热解后的样品；

（3）碳纳米洋葱的理化特性分析：

将所收集到的样品进行sem、tem、raman、xrd、tga等分析，发现只有当ni浓度为0.5~1mmol/g时，有利于催化热解过程中碳纳米洋葱的生长发育，得到大量的碳纳米洋葱。

能够直观体现不同ni含量对碳纳米洋葱生成的影响的tem和sem图像见图5和图6。

图5为不同ni含量对lg/pe混合物催化热解制备碳纳米洋葱的tem图像（ni含量为0.25-1mmol/g，催化热解温度为800℃）。当ni的含量为0.25mmol/g时（图5a-c），所得到的碳材料主要呈大块的无规则形状（见图5a）。较高倍数下的观察发现，在块状碳的边缘部分有20-40层的同心圆碳层，推测其可能为正在发育的类碳纳米洋葱结构（见图5b-c）。另一个角度而言，类碳纳米洋葱生长在块状碳材料的边缘，这表明碳纳米洋葱和块状碳材料之间存在紧密的联系，有可能块状碳即为碳纳米洋葱生长的基质或者块状碳为碳纳米洋葱生长的前驱体。当相对较低的ni浓度（0.25mmol/g）仅得到发育未完善的类碳纳米洋葱结构，其原因可能在于催化剂（过渡金属）含量过低，不足以对碳纳米洋葱的前驱体（块状碳）造成足够的破坏和不足以引导碳纳米洋葱的生长。当ni的含量为0.5mmol/g时，能够明显的观察到直径约为60-120nm的碳纳米颗粒（图5d）。进一步观察发现，该碳纳米颗粒呈典型的碳纳米洋葱结构，由一圈一圈的碳层组成，碳层的数量约为15-30层，碳层之间的层间距为0.32-0.43nm（见图5e-f）。值得一提的是，在图5d中，除了直径较小的碳纳米洋葱颗粒，同时也能观察到直径较大的类似于碳纳米洋葱生长发育前驱体的块状碳，这可能侧面的说明碳纳米洋葱是由块状的碳材料演变而来。类似的，当ni含量为0.75mmol/g时，所得碳材料也为直径约为40-100nm的碳纳米洋葱颗粒。不同的地方在于，在ni含量为0.75mmol/g时所得碳材料中主要观察到的是碳纳米洋葱颗粒，而没有类似于ni含量为0.25mmol/g和0.5mmol/g时所得碳材料中的块状碳结构，这可能表明ni含量为0.75mmol/g时，大量的块状碳被成功的转化为碳纳米洋葱颗粒，且主要以碳纳米洋葱团簇的形式存在。当ni含量为1mmol/g时，所得碳材料结构主要为典型的碳纳米洋葱颗粒，并且以碳纳米洋葱颗粒为单元所组成的碳纳米洋葱团簇相对在变小，所得到的碳纳米洋葱结构更分散。当ni含量为2mmol/g时，所得碳材料中碳纳米洋葱的结构逐渐消失，转而是大块的无定形碳（见图5m）。较高倍数下的观察仍未发现碳纳米洋葱结构，表明当ni含量达到2mmol/g时，木质素共混催化热解无法再生成碳纳米洋葱颗粒。

图6为不同ni含量对lg/pe混合物催化热解制备碳纳米洋葱的sem图像（ni含量为0.25-1mmol/g，催化热解温度为800℃）。图6a显示，在ni含量为0.25mmol/g所得碳材料中主要观察到体积较大、形状不规则且相对较光滑的块状碳材料，另外也存在少量的粒径较小的碎屑状的碳材料，这一结果与图5a-c的分析结果一致。对于ni含量为0.5mmol/g所得的碳材料而言，能够明显观察到大量粒径较小的颗粒（直径约为50-130nm）与粒径较大的准球形的碳颗粒（准碳纳米洋葱或碳纳米洋葱前驱体）紧密连接，佐证了tem中图5d-f的结果。当ni含量为0.75mmol/g时，所得碳材料的sem图像显示，相对于ni含量为0.5mmol/g所得的碳材料，其所含的主要为粒径较小的颗粒（直径约为40-120nm），而大颗粒的准球形碳材料则相对减少。而ni含量为1mmol/g所得的碳材料中也同时存在直径较小的碳颗粒和直径较大的碳颗粒，这与对应的tem呈较为分散的小团簇的结果有差异，其主要原因可能在于tem分析过程中是将碳材料先分散在乙醇中，而sem是直接喷金观察有关。由于当ni含量为2mmol/g时，所得的碳材料在tem中未发现碳纳米洋葱颗粒，故未继续进行sem表征。

实施例3：

以黑液木质素(lg)作为碳源，废塑料聚乙烯(pe)作为共混剂，过渡金属ni作为催化剂，进行碳纳米材料的制备实验。其中，过渡金属催化剂的引入方式为浸渍法，其含量为1mmol/g（过渡金属与混合物的比例），木质素与共混剂的掺混方式为普通研磨，掺混比例为1：1，催化热解温度为800℃，考察不同处理方法对木质素制备碳纳米洋葱的影响。具体步骤如下：

（1）热解样品的预处理：

预处理步骤同实施例1中，流程图见图1；

（2）共混催化热解实验：

实验步骤同实施例1中，差别在于固定床的原料区放置不同的原料；考察不同预处理的样品：单独木质素，添加ni催化剂的木质素（有催化剂、无共混剂），添加pe共混剂的木质素（有共混剂、无催化剂），同时添加ni和pe的木质素（既有共混剂又有催化剂）在800℃下热解所得碳材料的性能。所得碳材料分别命名为lg-800℃、lg-ni(1)-800℃、lg/pe-800℃和lg/pe-ni(1)-800℃。

（3）所得碳材料的理化特性分析：

将所收集到的样品进行sem、tem、raman、xrd、tga等分析，发现只有当ni和pe同时添加时，所得碳材料（lg/pe-ni(1)-800℃）的形貌主要为大小均匀的颗粒，直径约为30-50nm；进一步通过较高倍数的观察发现，这些纳米颗粒由一圈一圈的碳层构成，碳层的层数约为20-40，且碳层之间的层间距为0.33-0.42nm，与平行石墨层的0.34nm相接近，由此即推断lg/pe-ni(1)-800℃所呈现的纳米颗粒为碳纳米洋葱。

能够直观体现不同处理方法对碳纳米洋葱生成的影响的tem和sem图像见图7和图8。

图7为单独lg、ni添加的lg、pe添加的lg及ni和pe共同添加后的lg在800℃下热解所得碳材料（分别为lg-800℃、lg-ni(1)-800℃、lg/pe-800℃和lg/pe-ni(1)-800℃）的tem图像。由图可知，相对于lg-800℃，ni的添加，对lg的结构造成巨大的破坏，所得碳材料（lg-ni(1)-800℃）呈现丰富的孔隙结构，孔的直径约为40-120nm，主要为中孔和大孔（见图7c-d）。而当添加pe时，pe对lg结构的破坏性相对较小，但所得碳材料（lg/pe-800℃）也呈现大量的孔隙结构，只是孔的直径约为2-18nm，主要为微孔和小中孔（见图7e-f）。而当ni和pe同时添加后，lg所得碳材料（lg/pe-ni(1)-800℃）的形貌发生更明显的改变，主要为大小均匀的颗粒，直径约为30-50nm（见图7g）。进一步通过较高倍数的观察发现（图7h），这些纳米颗粒由一圈一圈的碳层构成，碳层的层数约为20-40，且碳层之间的层间距为0.33-0.42nm，与平行石墨层的0.34nm相接近，由此即推断lg/pe-ni(1)-800℃所呈现的纳米颗粒为碳纳米洋葱。

图8为lg-800℃、lg-ni(1)-800℃、lg/pe-800℃和lg/pe-ni(1)-800℃的sem图像。lg-ni(1)-800℃呈现出较lg-800℃更丰富的孔隙结构，且主要为中孔和大孔，这与图7中的tem结果一致。而相比较之下，lg/pe-800℃仍保留与lg-800℃相似的结构，但表面呈现大量孔径较小的孔隙结构。由tem的分析可知，这主要归因于pe的添加能够促进lg结构的加氢脱氧等反应造成。而lg/pe-ni(1)-800℃主要为团簇的类球形颗粒，其中直径较小的部分约为25-60nm，而直径较大的部分约为0.2-3μm。结合图7中的分析推测，颗粒直径较小的部分即为碳纳米洋葱，而直径较大的部分有可能是正在生长或发育不完善的碳纳米洋葱前驱体，即lg/pe-ni(1)-800℃为含碳纳米洋葱的碳材料混合物。

实施例4：

以黑液木质素(lg)作为碳源，废塑料聚乙烯(pe)作为共混剂，过渡金属ni作为催化剂，进行碳纳米材料的制备实验。其中，过渡金属催化剂的引入方式为浸渍法，其含量为1mmol/g（过渡金属与混合物的比例），木质素与共混剂的掺混方式为普通研磨，掺混比例为1：3~3：1，催化热解温度为800℃，考察不同共混比例对木质素制备碳纳米洋葱的影响。具体步骤如下：

（1）热解样品的预处理：

预处理步骤同实施例1中，流程图见图1；差别在于木质素与共混剂的混合比例分别为1：3、1：1、3：1。

（2）共混催化热解实验：

实验步骤同实施例1中；

（3）所得碳材料的理化特性分析：

将所收集到的样品进行sem、tem、raman、xrd、tga等分析，发现当木质素与共混剂的共混比例在1：3~3：1之间变化时，所得碳材料中都可以观察到碳纳米洋葱结构。

能够直观体现不同共混比例对碳纳米洋葱生成的影响的tem图像见图9。

图9为木质素(lg)与聚乙烯（pe）不同共混比例下木质素催化热解所得碳材料的tem图像。当木质素与聚乙烯的混合比例为3：1时，木质素共混催化热解所得碳产物中可以观察到大小均匀的纳米颗粒（图9a）；进一步通过较高倍数的观察发现（图9b），这些纳米颗粒由一圈一圈的碳层构成，表明形成了碳纳米洋葱结构。当木质素与聚乙烯的混合比例为1：1时，如前面实施例中所述，木质素热解所得碳产物中含有碳纳米洋葱颗粒（图9c-d）。当木质素与聚乙烯的混合比例为1：3时，木质素热解所得的碳产物中仍能观察到碳纳米颗粒，但与3：1和1：1共混比例不同的是，这些碳纳米颗粒大小不均，并且互相连接（图9e）；但在较高倍数的tem图像中，仍能观察到这些纳米颗粒是由一圈一圈的碳层构成的，表明在该共混比例条件下，仍能获得碳纳米洋葱。